含盐污水处理

在石油加工过程中，原油首先进入炼油厂的“龙头”装置“常减压蒸馏”。该装置采用蒸馏这一物理分离方法，利用原油中不同组分的沸点和蒸气压(相对挥发度)的不同，将其分别抽出成为产品。原油在加热炉加热过程中，含有的水分不断汽化，不仅消耗大量潜能，而且会造成初馏塔和常压塔操作压力波动。当水分过多时，还会酿成“沸塔”事故，严重污染塔顶馏出产品。同时原油中的盐类物质极易水解，生成具有很强腐蚀作用的盐酸。因此，原油在进入蒸馏塔之前必须经过电脱盐罐进行脱水脱盐处理。由电脱盐罐所排放出的污水称作“电脱盐污水”。

• 处理方法及工艺原理
  原油在运输到炼厂前，在油田已经过初步脱盐脱水处理，但在原油中仍含有0.5%-1.0%的水和50-100mg/L的盐(Nacl、CaCl2、MaCl2)。
  另因原油中含有胶质等天然乳化剂，为了提高油田的采油效率，大都注入某种蜡的分散剂和表面活性剂，再加上采集和运输过程中的剧烈搅动，使水以微粒状态分散在原油中。且在油水界面上形成较为牢固的乳化膜。这种乳化液较为稳定，用沉降方法难以将水分切出。因此必须在电脱盐罐内加入破乳剂，并尽量在高压电场下破坏油水分界面的乳化膜。当微小的水滴在静电感应下产生出诱导偶极，使水滴之间产生相互吸引的静电引力，以克服乳化膜的阻力。再加上相互碰撞，使微小水滴聚结成大水滴，然后利用油水密度差进行沉降分离。为了提高电脱盐效率，还需在二级电脱盐罐前注入一定量的洗涤水(新鲜水或回用污水)与原油混合。利用注水可溶解悬浮在原油中的盐类物质，而使之随水脱除。
• 镇海炼化公司常减压装置电脱盐污水预处理实例
  镇海炼化公司共有三套常减压装置电脱盐设施，1986年III套常减压电脱盐罐新建时，引进了美国Pebmlite公司的深度脱盐技术和部分关键设备。并对I、II套常减压电脱盐罐进行了改造。
  目前，电脱盐洗涤注水一般均采用回用污水。镇海炼化公司自1996年就将电脱盐洗涤注水从用新鲜水改为汽提净化水。正常运行时，电脱盐污水的含油量通常在100-300mg/L，但当电脱盐罐切水液位失控或出现其他异常工况时，电脱盐污水的含油量会急剧升高，严重时可高达1%-2%。因此，电脱盐污水不但具有汽提净化水的性质，而且有含油量高、稳定度低、冲击性强等特点。根据清污分流、污污分流的原则，电脱盐污水应作为特殊的高浓度污水，经预处理后，再进入综合污水处理场进行处理。镇海炼化公司在扩建800*10^4t/a炼油相配套污水处理场改造时，选用由旋液、射流、粗粒化等专有技术组合而成的一种高效密闭除油器，作为电脱盐污水的预处理设施，成功地解决了电脱盐高含油量污水的除油难题，保证了污水后续处理系统的平稳运行。
  DYF型-60高效密闭油水分离器，设计处理水量60m3/h，设计进水水质要求见表。

  设计水质

  项目	进水	出水
  石油类/(mg/L)	≤25000	≤80
  水温/℃	10-45
  油平均相对密度(15℃时)	0.89-0.9

• DYF型-10高效密闭油水分离器工作原理及设计
  (1)DYF型-60高效密闭油水分离器工作原理
  第一步，含油污水由压力泵提升进人油水分离装置，首先通过一特殊制作的旋液分离器，液体在分离器中产生高速旋转，利用油与水不同密度差产生不同的离心力场对含油污水进行预处理。液体在旋流器中可产生二次上升液流。旋流管采用大管径双长锥比，在防止水中所含悬浮物对管径的阻塞而改变液体产生紊流现象的同时，仍可以分离小粒径的油滴。另外利用液体的浮力和溢油口与底流口的液位差，恒定溢油口与底流口的压力差(△P)。确保水和油这两种有密度差又互不相溶的液体，始终处于轻相上升分离的动力能状态下。第二步，旋流分离后，含油污水在流动的同时，使部分排出水回流至旋流腔室，并使这股回流水产生射流。利用液体传质原理，增加了微小油粒的上浮速度，从而加速了油水之间的分层速度，提高油水分离效果和效率。第三步，进一步分离后的污水流经一组由不锈钢材质制作的特殊形状的波纹斜板，使其均匀布水增加细小油滴聚合分离。第四步，最后流经用各种不同规格螺旋网目的不锈钢网，经加工复合制成的精细粗粒化元件，再次进行聚合分离，该粗粒化元件可以捕捉污水中大于15微米以上粒径的油珠，保证排放水油含量达到设计值。
  当被分离出的油，在设备中达到一定高度时，油位控制器将信号送到自动控制阀，排油至污油收集箱，可以综合利用。
  电脱盐污水预处理工艺流程见下图。
  
  从图中可以看出，电脱盐污水预处理工艺包含两项设备:油水分离器和污水储存罐。在此，仅介绍油水分离器的工程实例。
  (2)DYF型-60高效密闭油水分离器工艺设计
  ①油水分离器技术参数
  a.型号:DYF-60；b.处理水量:Q=60m3/h；c.处理介质:含油污水；d.进水水质:石油类≤25000mg/L，pH值6-9；e.出水水质:石油类≤80mg/L(三波段红外检测方法)；f.污油密度:平均在0.83-0.9(15℃条件下)；e.进水温度:10-45℃
  ②设备参数
  a.形状:单缸三腔卧式全密闭型
  b.外形尺寸:9000mm*2700mm*3100mm；c.设备设计压力:>0.6MPa；d.设备允许进水压力:0.08-0.4MPa；e.设备工作压力:0.08-0.1MPa；f.设备阻力降:≤0.05MPa；g.设备设计温度:>90℃；h.正常工作温度:≥10℃；i.操作方式:自动/手动；j.收油方式:自动/手动
  ③工艺设计的主要计算方法
  a.旋液分离中油滴的运动方程
  径向 (dr2/ds2)-r(dθ/ds)2=(-1/τ)[(dr/dt)+V1]
  切向 d[r2(dθ/dt)]/dt=-(r/t)[r(dθ/dt)-V2]
  式中V1--油滴径向速度，m/s；
  V2-油滴切向速度，m/s。
  r、θ--柱坐标；
  t-时间，s；
  r-油滴的松弛时间，t=Ppd2p/18μ；
  Pp-油滴密度；
  dp-油滴直径；
  μ-流体的黏度。
  b.粗粒化聚合油水分离计算
  粗粒化聚合油水分离，主要是利用液体的密度差进行分离，油滴上浮速度取决于作用在油滴上的外力，取决于油滴与同体积水滴的密度差。对于层流中微粒的运动，适用斯托克斯定律；而在紊流中运动的较大粒径的颗粒物质，则适用于牛顿定律。
  雷诺数Re0-2时斯托克斯定律。 u=g[(Ds-D)d2]/18η
  雷诺数Re500-20000时牛顿定律 u=1.74√g[(Ds-D)d]/D
  式中Re=ud/V
  U-油滴对水的相对速度，m/s；d-油滴直径，m；d-水的动黏性系数；D-水的密度；Ds-油滴的密度；η-水的绝对黏度。
  在设计计算时还应考虑水流不均匀紊流等影响的修正系数φ，含悬浮物粒子污水油滴上浮速度降低修正系数β，实际设计要按如下公式进行计算:u=β[(Ds-D)d2]/18φη
• DYF型-60高效密闭油水分离器功能特点
  高效密闭油水分离器组合了旋液、射流、粗粒化等技术，因为利用了水力旋流原理，所以其分离效果是斜板平流沉淀的几十倍。喷射器采用不锈钢材质制成，利用喷射器产生射流作用，加速微小油粒的聚合上浮速度，从而加速了油水的快速分层。不锈钢波纹板聚结器是采用不锈钢板，经特殊压制组装而成，具有均匀布水、增长污水流动距离，缩短油粒上浮距离，增大油珠聚合几率、加速油水聚合分离的时间。不锈钢粗粒化滤芯元件，是采用不同规格不锈钢螺旋网复合制作而成，完全可捕捉大于15微米以上的油珠，使其逐步聚合后变成大油珠，而加速油水的分层，其粗粒化原理独特而先进，属国内首创，达到国内同类产品最先进水平。油水分离器还安装了射频导纳系统，主油包实现自动排油，提高运行自动化程度。通过高效密闭油水分离器除油后的电脱盐污水，出水石油类浓度能够保证小于80mg/L，再进入专用污水罐储存，并限量提升进入后续处理设施，不但能够较大幅度地削减进入生化处理设施的污染物负荷，而且为生化设施隐定运行创造了条件。
  
• 高效密闭油水分离器的实际运行
  镇海炼化公司电脱盐污水预处理装置位于炼油污水处理场内，高效密闭油水分离器不但除油效果满足设计要求，而且污油回收率可以达到95%以上。DYF型油水分离器实现整体装置化，需要控制的点较少，自动化程度高，操作步骤简便。调试结束投入运行后不需要专
  人操作，全密闭不产生大气恶臭污染。油水分离器出水石油类指标符合或优于含油污水预处理的要求，连续采集的出水石油类含量分析数据见下表。

  DYF型油水分离器出水石油类含量的部分分析数据

  序号	采样分析时间	进水/(mg/L)	出水/(mg/L)	序号	采样分析时间	进水/(mg/L)	出水/(mg/L)
  1	12月18日	10000	36.3	8	12月25日	34	25
  2	12月19日	161.5	52.1	9	12月26日	42	29.6
  3	12月20日	60.6	51.5	10	12月27日	80.6	48.2
  4	12月21日	30000	26.7	11	12月28日	85.4	46.1
  5	12月22日	90.9	20.1	12	12月29日	61.3	48.2
  6	12月23日	20000	37.9	13	12月30日	20000	56.1
  7	12月24日	44.8	3.8	14	12月31日	271.4	35.9

  从上表数据可见，油水分离器出水油含量不受进水的变化而波动，而是呈现出较高的稳定性。因此，该型号油水分离器作为电脱盆污水的预处理设施，去除浮油和分散油具有较强的适用性和抗冲击能力。
  DYF型-60油水分离器，除配置两台电机功率为2.2kW(1开1备)的射流泵外，基本无任何能量、药剂等消耗，另外可以回收污水中绝大部分污油。因此，采用先进的电脱盐污水预处理工艺和设备，可以减轻污水处理场的除油压力，还可以创造较好的经济效益。
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